 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
130
прочность коже и костям, – имеет форму стержня. Антитела представляют собой молекулы с
выемками Y-образной формы, которые заполняются молекулами чужеродных веществ и служат
для запуска реакций, обеспечивающих их эффективное обезвреживание.
Белки – высокодинамические системы, которые при осуществлении биологических функций
способны менять форму. Например, свет вызывает изменение формы родопсина – белка сетчатки
глаза, что и является первичной стадией зрительного восприятия. Такое изменение происходит в
течение менее одной миллиардной доли секунды. Подобные процессы в молекулах белков
обнаруживаются с помощью импульсных лазеров.
6.4. Современный катализ
Общие сведения
Катализ
– ускорение химической реакции в присутствии веществ – катализаторов, которые
взаимодействуют с реагентами, но в реакции не расходуются и не входят в состав конечных
продуктов. Благодаря катализу повышается скорость реакций даже при небольших температурах,
активизируется образование только определенных продуктов из ряда возможных. Катализ –
основа многих химико-технологических процессов, например, производства серной кислоты,
некоторых полимеров, аммиака и др. Большинство превращений, происходящих в живых
организмах, также являются каталитическими (ферментативными).
Хорошо известна реакция между кислородом и водородом, приводящая к образованию воды:
2H2 + O2
> 2H
2
O
Смесь двух объемов газообразного водорода и одного объема кислорода, называемая гремучим
газом, способна реагировать со взрывом и выделением, большого количества тепла. Однако
реакция протекает настолько медленно, что даже после продолжительной выдержки данной смеси
вряд ли удастся обнаружить хоть какое-нибудь количество воды. Скорость реакции существенно
повышается при нагревании реакционной смеси или при воздействии на нее электромагнитного
излучения. Аналогичное действие оказывает и введение катализатора, который помогает
преодолеть энергетический барьер, препятствующий началу реакции.
Некоторые промышленные химические процессы проводятся в газовой форме при наличии
твердых катализаторов. Однако на практике чаще всего осуществляются жидкофазные
каталитические процессы. В последние десятилетия не менее 20% всей промышленной
химической продукции производят каталитическим способом.
К довольно эффективным катализаторам относятся ионообменные смолы,
металлоорганические соединения, мембранные катализаторы. Каталитическим свойством
обладают многие химические элементы периодической системы Менделеева, среди которых
важнейшую роль играют металлы платиновой группы и редкоземельные металлы.
Некоторые катализаторы позволяют уменьшить в химических превращениях не только
температуру, но и давление. Например, разработанный в нашей стране катализатор дал
возможность синтезировать метанол при давлении 50 атм. и температуре 260–290° С, в то время
как раньше такой синтез проводился при давлении до 1000 атм. и температуре 300–400° С.
Ряд катализаторов существенно ускоряет химические реакции. С участием катализатора
скорость некоторых реакций увеличивается в 10 млрд. раз. Селективные катализаторы оказывают
такое же сильное влияние, но лишь на одну из многих конкурирующих реакций.
Стереоселективные катализаторы позволяют не просто контролировать состав конечного
продукта, но и способствуют образованию молекул определенной формы и зачастую сильно
влияют на физические свойства продукта, такие как прочность, твердость, пластичность, а также
на активность биологических объектов.
Каталитические процессы можно классифицировать с учетом их физической и химической
природы. Различают несколько основных видов катализа: гетерогенный и гомогенный,
электрокатализ, фотокатализ и ферментативный катализ. В гетерогенном катализе химическая
реакция происходит в поверхностных слоях на границе раздела твердого тела и газообразной или
жидкой смеси реагентов. При гомогенном катализе исходные реагенты находятся в одной фазе
(газовой или жидкой). В электрокатализе реакция протекает на поверхности электрода в контакте